5. Эмиттерлі-байланысқан логика. Тікелей байланысы бар транзисторлы логика (тббтл)
Эмиттерлі-байланысқан логиканың негізі болып жылдам әсер етуші ток ауыстырғыш жатады (сурет 14,а). Ол екі транзисторлардан тұрады, мұндағы коллекторлы шынжырға RК жүктемесінің резисторлары кіреді, ал екі транзистордың да эмиттер шынжырына жалпы резистор Rэ кіреді.
Сурет 14. Эмиттерлі-байланысқан логика: а) токты ауыстырғыш; б) қарапайым принципиалды сызба
Uвх артқан кезде ток транзистор арқылы көбейеді. Кернеу артады, транзистор VT2 жабылады және ол арқылы ток та азаяды. Uвх лог «0» деңгейіне дейін азайған кезде керісінше транзистор VT1 жабық, ал транзистор VT2 байыту аймағымен шекаралас жерде сызықтық режимде болады.
ЭБЛ сызбасында (сурет 14,б) транзисторға VT1 параллельді түрде тағы бір немес бірнеше транзисторлар қосылады.
UВЫХ1 = U1 – UБЭ.нас = U0
UВЫХ2 = UПИТ – UБЭ.нас = U1
Осылайша, бірінші шығыс бойынша берілген сызба НЕМЕСЕ-НЕ логикалық операциясын, ал екіншісі бойынша НЕМЕСЕ операциясын жүзеге асырады. Шекті кернеу UПОР=UОП, логикалық ауысым ΔU=U1-U0=UБЭ.нас және сызбаның кедергіге қарсы тұра алу қасиеті U+ПОМ=U-ПОМ=0,5UБЭ.нас екендігі белгілі.
6. Интегралды инжекциялық логика. МТЖ (металл-тотық-жартылай өткізгіш) транзисторлардағы логикалық элементтер. Динамикалық жүктемесі бар кілттердегі логикалық элементтер. Комплементарлы кілттердегі логикалық элементтер.
Интегралды инжекторлы логика (И²Л) элементтерінің дискретті сызба техникасында дәл осындай ұқсас элементі жоқ және ол тек қана интегралды түрде жүзеге асырылуы мүмкін (сурет 16а). И²Л элементтері екі транзисторлардан құралады: көлденең орналасқан p-n-p-транзистор инжектордың ролін орындайды, ал тігінен орналасқан n-p-n-транзистор инвертор режимінде жұмыс жасайды. N-типті жалпы аймағы p-n-p-транзисторының базасы ретінде де, сондай-ақ n-p-n-транзисторының эмиттеры болып та қызмет етеді және «жерге қосылған» нүктеге жалғанады. p-n-p-транзисторының коллекторы мен n-p-n-транзисторының базасы да жалпы аймаққа жатады. Эквиваленттік сызба 16 б суретінде келтірілген.
Сурет 16 Инжекциялық қуаттануы бар транзистор: а – құрылымдық сызба; б – эквиваленттік сызба; в – ток генераторы бар эквивалентті сызба.
Инжектордағы эмиттер-базаның байланысына UҚУАТ қуат көзінің кернеуі беріледі. Қуат көзінің минималды кернеуі эмиттерлік ауысымға кернеудің төмендеуімен анықталады: UКЭ.нас=0,7 В. Алайда, I0 эмиттер тогын тұрақтандыру үшін қуат көзімен қатар R резисторы да қосылады және қуаттау көзінің кернеуі алынады UҚУАТ =1…1,2 В. Бұл ретте p-n-ауысым эмиттер-база VT1 ашық және коллекторлы ауысымда тесік диффузиясы орын алады. Коллекторға жылжу шамасына қарай тесіктердің бір бөлігін электрондармен бірге қайта құрамдастырады, бірақ олардың айтарлықтай бөлігі коллекторлы ауысымға жетіп, одан өте бере инвентордың р-базасына (транзистор VT2) жетеді. Бұл диффузия үдерісі, яғни база тесіктердің инжекциясы кіру әсеріне қарамастан тұрақты түрде жүріп отырады.
Егер базадағы кернеу VT2 Uвх=U0, ал бұл S кілтінің тұйық жағдайына сәйкес, онда инвертордың р-базасына кіретін тесіктер қуаттау көзінің теріс полюсіне қарай кедергісіз жинақталады. Транзистор VT2-нің коллектор байланысына ток енбейді және ол коллекторлы байланыс VT2-нің ажыратылған жағдайына бара-бар болып саналады. Шығушы байланыстың мұндай жағдайы лог. «1» кернеуіне сәйкес келеді.
Uвх=U1 кезде (S кілті ажыратылған) инвертордың р-базасындағы тесіктер жинақталады. Базаның әлеуеті арта бастайды және сәйкесінше ауысымдар ашылмайынша ауысым VT2-гі кернеу де түсе береді. Ол жағдайда транзистор VT2-нің коллекторлы байланысында ток жүретін болады және эмиттер мен инвертор коллекторының арасындағы әлеуеттың әртүрлілігі нөлге жақындайдығ яғни бұл транзистор байланыстың қысқа тұйықталған аумағын танытатын болады, және бұл жағдай лог. «0» деңгейіне сәйкес келетін болады. Осылайша, жоғарыда қарастырылған элемент кілттің ролін атқарады.
Жалпы базамен сызбаға қосылған транзистордың коллекторлы тогы кең көлемде коллектордағы кернеудің өзгерісіне тәуелді болмайды. Транзистор VT1 жалпы базасы бар сызбаға қосылды. Биполярлы транзистор жұмысының теориясынан эмиттердің тұрақты тогы кезінде алынған оның сипаттамасы көлденеңге дерлік екендігі белгілі, яғни коллектордың тогы коллектордағы кернеуге тәуелді болмайды. Сондықтан ол токтың баламалы генераторымен ауыстырылуы мүмкін. Токтың эквивалентті генераторы туралы теоремаға сәйкес, тұрақты кернеу кезінде токты көбейту немесе қуат көзінен ажырату бұл генератордың ток мөлшеріне әсер етпейді. Осыған сәйкес, инжекциялық қуаттылығы бар транзистордың сызбасы сурет 16 в келтірілген қарапайым эквивалентті сызбаны танытады.
Егер Uвх=U1 , онда I0 тогы ток генераторынан VT2 базасын аша отырып ағылатын болады. Бұл ретте Uвх=U0. Егер Uвх=U0, онда I0 тогы жерге тұйықталады, транзистор VT2 жабық және Uвых=U1.
I0 инжекция тогының күші көп емес (10 нА…100 мкА), сондықтан транзистор белсенді режимде жұмыс жасайды. Белгіні тарату кедергісінің орташа уақыты тек инвертор базасындағы артық зарядтарды жұту үдерісінің ұзақтығымен және паразитті сыйымдылықты қайта қуаттау уақытымен ғана анықталады, сондықтан кілт жылдам қызмет етуші болып саналады. Кілт қызметінің жылдамдығы инжекция тогын арттырған кезде көбейе түседі.
Сурет 17 Интегралды инжекторлы логика (И²Л): НЕМЕСЕ-ЕМЕС элементінің сызбасы а) және логикалық ЖӘНЕ функциясын жүзеге асыру б).
Көп коллекторлы транзисторды қолдану жалпы коллекторлы ток VT2-ні бір ұқсас элементке кіруді басқару үшін жеткілікті болатын бірнеше бірдей үлестерге бөлуге мүмкіндік береді. Осыған орай, сурет 17,а көрсетілген НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық элементінің қарапайым сызбасын қолдану мүмкін болып саналады. Бұл сызба НСТЛ (сурет 15, а қара) элементтерінің сызбасына ұқсас. НЕМЕСЕ-ЕМЕС НСТЛ элементтерінің сызбасына қарағанда НЕМЕСЕ-ЕМЕС И²Л элементінде тіпті біріктілірген коллекторлар байланысындағы резистор да талап етілмейді, себебі коллекторлы байланыс ток генераторынан келесі каскадқа ие болады.
Сурет 17,б-да ЖӘНЕ логикалық функциясын жүзеге асыратын сызба келтірілген. Екі кіреберіске (Х1 және Х2) лог. «0» белгісінің берілуі кезінде инверторлардың біріктірілген коллекторларында (VT3 және VT4) лог. «1» белгісі болады. Бір кіреберіске немесе екеуіне де бір уақытта лог. «1» белгісі берілетін болса, онда сызбаның шығысында лог. «0» аламыз, бұл ЖӘНЕ логикалық операциясының орындалуына сай болып келеді.
И²Л элементтері аз орын алады, қуаттылық пен ауысым энергиясын болмашы ғана тұтынады. Оларға келесідей параметрлер тән: UПИТ=1 В; tзад.ср=10…100 нс; Kраз=3,5; Kоб=1.
6.1. МТЖ-транзисторларындағы логикалық элементтер
МТЖ-транзисторларындағы логикалық элементтерде транзисторлардың тек екі типі ғана қолданылады: басқарушы және жүктеме. Басқарушы – қысқа, бірақ жеткілікті дәрежеде кең арнасы бар, сондықтан аз қуат мөлшерімен басқарылады. Жүктеме: керісінше, ұзын, бірақ тар арнасы бар, сондықтан жоғары шығу кедергісіне ие және үлкен белсенді кедергі ролін атқарады.
Биполярлы транзисторлардағы логикалық элементтердің алдындағы МТЖ-транзисторларындағы логикалық элементтердің айтарлықтай артықшылықтарына тұтынылатын аз қуаттылық жатады. Алайда, шапшаңдығы жөнінен олар биполярлы транзисторлардағы сызбаларға қарағанда ақсайды. Бұл оларда салыстырмалы түрде паразитті сыйымдылық CЗИ және CСИ - пен ажыратылады, оларды қуаттауға бірталай уақыт қажет болып саналады. Сонымен қоса, ашық МТЖ-транзисторының шығыс қарсылығы биполярлыға қарағанда әлдеқайда аз, ал бұл жүктеме конденсаторын қуаттау уақытын арттырады және ЛЭ жүктеме қабілеттілігін шектейді.